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电子束装置以及使用电子束装置的图像显示装置
技术领域
本发明涉及用于平板显示器并具有设置在其中的发射电子的电子发射器件的电子束装置。
背景技术
常规上，存在使得大量电子从阴极被发射、与面对的栅极碰撞并在那里被散射、然后取出电子的电子发射器件。作为以这种形式发射电子的器件，表面传导型电子发射器件和堆叠型电子发射器件是已知的，并且日本专利申请公开No.2000-251643公开了电子发射部分的间隙为5nm或更小的高效率电子发射器件。另外，日本专利申请公开No.2001-229809公开了通过栅极材料厚度、驱动电压和绝缘层厚度的函数给出能够以高效率发射电子的条件的堆叠型电子发射器件。并且，日本专利申请公开No.2001-167693公开了具有在电子发射部分附近的绝缘层中提供凹陷部分的结构的堆叠型电子发射器件。
日本专利申请公开No.2000-251643公开了使得多个电子发射点存在于形成的间隙中的器件，并由此能提供抑制电子发射部分中的放电并能长时期稳定工作的电子发射器件。尽管所述技术能抑制电子发射部分中的放电，但是，上述的电子发射器件没有充分解决从电子发射点中的每个点发射的电子的量随着驱动器件的驱动时间期间而增加和减少的问题。另外，以上的电子发射器件表现出随着电子发射器件的驱动时间期间而增加和减少在间隙中存在的电子发射点的数量的现象。
在日本专利申请公开No.2001-229809中公开的器件中也发现了与上述现象相同的现象，并且，一直希望得到稳定的电子发射器件。
并且，在日本专利申请公开No.2001-167693中公开的器件表现出优异的电子发射效率，但是其特性需要进一步提高。
发明内容
为了解决常规技术的上述问题，设计了本发明，并且本发明致力于提供具有设置在其中的电子发射器件的电子束装置，其具有简单的结构，表现出高电子发射效率，并且稳定地工作。
本发明的第一方面是一种电子束装置，该电子束装置包括：绝缘构件，在其表面上具有凹陷部分；栅极，设置在绝缘构件的表面上；阴极，设置在绝缘构件的表面上，并具有与栅极相对的、从凹陷部分的边缘向栅极突起的突起部分；以及阳极，与突起部分相对设置以使栅极被设置于阳极和突起部分之间，其中，突起部分在沿凹陷部分的边缘的方向上的长度比栅极的与突起部分相对的部分在沿凹陷部分的边缘的方向上的长度短。
根据本发明的电子束装置可包括以下方面：多个阴极被对应于栅极而设置；栅极具有与突起部分相对的隆起部分，并且，隆起部分在沿凹陷部分的边缘的方向上比突起部分短；以及栅极在与凹陷相对的部分处覆盖有绝缘层。
根据本发明的电子束装置的第二方面是一种具有根据本发明的电子束装置和设置在阳极上的发光构件的图像显示装置。
根据本发明，可以在电子发射器件中选择性地形成具有增大的电场强度的部分(强部分)，并且，结果，在优选的实施例中可以容易地控制电子发射点的位置。
电子束装置还能通过用绝缘层覆盖要暴露于绝缘构件的凹陷部分的栅极表面来防止发射的电子在与栅极表面碰撞之后形成泄漏电流，并且还能提高其电子发射效率。
并且，当相对于栅极具有多个阴极时，根据本发明的电子束装置能控制要向阳极发射的电子束的形状，并提供更加稳定的电子发射动作。
并且，电子束装置能通过在栅极上提供比阴极的突起部分的宽度短的隆起部分，使得发射的电子选择性地与隆起部分碰撞，并且同时能使得发射的电子的碰撞部分集中于隆起部分的侧面上。结果，与侧面碰撞之后的电子飞向阳极而不进一步与其它部分碰撞，使得电子发射效率得到进一步的提高。
因此，本发明实现了被提供有电子发射器件的电子束装置，其具有高的电子发射效率并具有稳定的发射动作。
通过参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。
附图说明
图1A、图1B和图1C是示意性地示出根据本发明的电子束装置的示例性实施例中的电子发射器件的结构的视图。
图2是示意性地示出根据本发明的电子发射器件中的用于测量电子发射器件的系统的视图。
图3是图1A至1C中的电子发射器件的部分放大示意图。
图4A和图4B是示出当向根据本发明的电子发射器件施加电压时出现的电场会聚(convergence)的状态的视图。
图5A、图5B和图5C是示出当向根据本发明的电子发射器件施加电压时出现的电场会聚的状态的视图。
图6是示出当在根据本发明的电子发射器件中突起部分高时出现的电力线的视图。
图7A和图7B是示出根据本发明的电子发射器件中栅极和阴极间的距离与阴极的突起部分处的最大电场点之间的关系的视图。
图8A和图8B是示出根据本发明的电子发射器件中栅极和阴极间的距离与阴极的突起部分处的最大电场点之间的关系的视图。
图9是示出根据本发明的电子发射器件中栅极和阴极间的距离与阴极的突起部分处的最大电场点之间的关系的视图。
图10是用于描述本发明中发射的电子的散射频率与栅极和阴极间的距离之间的关系的视图。
图11A、图11B和图11C是用于描述根据本发明的电子发射器件中阴极中的突起部分的作用的视图。
图12A是提供有多个根据本发明的电子发射器件的电子源的一个例子的示意性平面图。
图12B是示出显示板的配置的透视图，该显示板是通过使用根据本发明的电子束装置构建的图像显示装置的一个例子。
图12C-A和图12C-B是示出在图12B中的显示板中使用的荧光膜的配置例子的示意性平面图。
图12D是示出用于在图12B中的显示板上显示电视画面的驱动电路的配置例子的示意性平面图。
图13是示出根据本发明的示例性实施例的阴极中的突起部分的横截面形状的示意图。
图14A-A、图14A-B和图14A-C是示出根据本发明的电子发射器件的制造工艺的示意性截面图。
图14B-A、图14B-B和图14B-C是示出根据本发明的电子发射器件的制造工艺的示意性截面图。
图15A、图15B和图15C是示出根据本发明的电子发射器件的另一结构例子的视图。
图16A、图16B和图16C是示出根据本发明的电子发射器件的另一结构例子的视图。
图17是图16A至16C中的电子发射器件的部分放大示意图。
图18A、图18B和图18C是用于示出图15A至15C中的器件与图16A至16C中的器件组合的结构的视图。
图19是示意性地示出根据本发明的电子束装置的另一实施例中的电子发射器件的结构的视图。
具体实施方式
以下，现在将参照附图例示性地详细描述根据本发明的示例性实施例。但是，除非另外规定，否则在本实施例中描述的部件的尺度、材料、形状、相对布置等不将本发明的范围仅限于这些内容。
本发明得到广泛研究，使得可以在电子发射器件中选择性地形成具有增大的电场强度的部分(强部分)，并且，结果，在优选的实施例中，电子发射部分能以简单的结构控制电子发射点的位置，并且能稳定地工作。
首先，以下现在将参照示例性实施例描述根据本发明的能稳定地发射电子的电子发射器件的结构。
根据本发明的电子束装置包括发射电子的电子发射器件、和从电子发射器件发射的电子到达的阳极。
根据本发明的电子发射器件包括：在其表面上具有凹陷部分的绝缘构件，和设置在绝缘构件的表面上的栅极和阴极。阴极具有从凹陷部分的边缘向栅极突起的突起部分，并且突起部分被定位为与栅极相对。并且，突起部分沿凹陷部分的边缘方向的长度被形成为比栅极的与突起部分相对的部分沿凹陷部分的边缘方向的长度短。阳极被设置为与突起部分相对，使得栅极被设置在阳极和突起部分之间。
图1A是示意性地示出根据本发明的示例性实施例中的电子发射器件的结构的示意性平面图。图1B是沿图1A的线A-A′获取的示意性截面图。图1C是从图1A中的页面(page space)右侧观察的器件的侧视图。
在图1A至1C中，基板1、电极2以及由绝缘层3a和3b的堆叠体制成的绝缘构件3被示出。栅极5和与电极2电连接的阴极6被示出。在本例子中，在绝缘构件3中存在凹陷部分7，所述凹陷部分7通过仅使绝缘层3b的侧面比绝缘层3a向内侧凹进形成。其中形成电子发射所必需的电场的间隙8(阴极6的前端(head)与栅极5的底面之间的最短距离)被示出。
在根据本发明的电子发射器件中，如图1A至1C所示，在绝缘构件3的表面(在本例子中为上面)上形成栅极5。另一方面，阴极6形成在绝缘构件3的表面(在本例子中为侧面)上，并且在与栅极5相对的位置上具有从凹陷部分7的边缘向栅极5突起的突起部分，而将凹陷部分7夹在中间。因此，阴极6在突起部分中通过间隙8与栅极5相对。在本发明中，阴极6被规定为具有比栅极5低的电势。虽然在图1A至1C中没有示出，但是，在通过栅极5(被插入)与阴极6相对的位置中，存在被规定为具有比栅极5和阴极6高的电势的阳极(图2中的20)。
图2示出当测量根据本发明的器件的电子发射特性时要供给的电源的布置。在根据本发明的电子束装置中，如图2所示，阳极20被设置为与阴极6的突起部分相对，使得栅极5被设置在阳极20和突起部分之间。在本例子中，绝缘构件3被布置在基板1上，使得阳极20被布置为在基板1的其上布置有绝缘构件3的一侧与基板1相对。
在图2中，Vf表示在器件中的栅极5和阴极6之间施加的电压，If表示此时在器件中流动的器件电流，Va表示在阴极6和阳极20之间施加的电压，以及Ie表示电子发射电流。
这里，一般通过使用当向器件施加电压时检测到的电流If和被取出到真空中的电流Ie、由效率η＝Ie/(If+Ie)给出电子发射效率η。
图3示出图1A至1C中的电子发射器件中栅极5的与阴极6相对的部位的放大示意图。在图3中，5a和5b分别表示栅极5的底面和侧面，以及6a、6b、6c和6d表示阴极6的突起部分的被分解成表面要素(element)的各个面。
以下现在将参照图4A和图4B以及图5A至图5C进一步详细描述当如图2所示的那样向根据本发明的器件施加了电压Vf时出现的电场会聚的状态。
图4A和图4B以及图5A至图5C是沿图1A的线A-A′获取的横截面中的凹陷部分7的放大视图，并且，虚线12和13示意性地示出将在凹陷部分7中形成的电力线。电场的强弱由电力线12和13的密度确定，并且，电力线的密度越高，则电场越强。在包含将在后面描述的图6的图4A至图6中，为了方便仅示出将在二维真空区域中形成的电力线，但实际上电力线是三维形成的并且还在绝缘构件3中扩展。
图4A示出当在凹陷部分7中存在阴极6的突起部分时将形成的电力线的状态，以及图4B示出当如常规的例子所示的那样在凹陷部分7中不存在阴极6的突起部分时形成的电力线。
如图4A所示，电力线13向已在凹陷部分7中形成的突起部分弯曲，由此电力线的密度在突起部分的前端增大，使得在凹陷部分7中形成的电场之中突起部分的前端上的电场变得最强(E_max-A)。另一方面，在图4B中，在凹陷部分7中形成直线(linear)的电力线12。
并且，如图4A的(h)中所示的那样，突起部分具有从凹陷部分7的边缘向凹陷部分7的内部突起的形状。因此，即使当采用的绝缘层3b在图4A和图4B中具有相同的厚度T2时(换句话说，即使当凹陷部分7具有相同的高度时)，由于突起部分的高度(h)的存在，阴极6的前端和栅极5之间的距离也彼此不同，使得E_max-A变得比E_max-B大。
下面，图5A至图5C示出T4的大小相对于T5的大小为更小或更大与将形成的电力线之间的关系，所述T4是阴极6的突起部分沿凹陷部分7的边缘方向的长度(以下称为宽度)，所述T5是栅极5的与突起部分相对的部分沿凹陷部分的边缘方向的长度(以下称为宽度)。顺便说一句，电力线沿阴极6的宽度方向在中心的两侧对称地形成，所以为了方便在图5A至图5C中仅示出一侧的电力线。
图5A示出当T4比T5小时形成的电力线。电力线向阴极6的突起部分的宽度方向的端部弯曲，由此，电力线13的密度在端部上增大，使得端部上的电场在电场之中变得最强(E_max-A)。
图5B示出当T4具有与T5大致相同的长度时将形成的电力线。在这种情况下，电力线13沿阴极6的突起部分的宽度方向朝端部弯曲，使得电场会聚于端部上(E_max-B)。但是，从栅极5延伸的电力线13的密度比图5A中的低，使得E_max-A变得比E_max-B大。
图5C示出当T4比T5大时将形成的电力线。在这种情况下，电力线不会聚于阴极6中突起部分的宽度方向的端部，使得具有最大电场的部分不形成在宽度方向的端部上。
以下现在将参照图3依次描述根据本发明的由上述电场会聚引起的器件中的电子发射。
这里，T1表示栅极5的厚度，T2表示绝缘层3b的厚度(＝凹陷部分7的高度)，以及T3表示绝缘层3a的厚度(＝从基板1的表面到凹陷部分7的边缘的高度)。
当向图3中的器件施加电压Vf时，在图3中的阴极6和栅极5之间形成电场。此时，当阴极6的凹陷部分7侧的端部大致为楔形并形成有突起部分以突起得比凹陷部分7的边缘更靠近凹陷部分7侧时，在阴极6中的表面要素6a至6d中的每一个相交的点(即点A或点C)的附近形成最大电场点。在点A和点C之后，表面要素6c和6d相交的部分B的附近的电场变高。
电场的强弱由电场的从栅极5发出的电力线有多少会聚于阴极6的突起部分上确定。作为上述研究的结果，发现：当作为栅极5的宽度的T5比作为阴极6的宽度的T4宽时，将在阴极6中的点A或点C处形成的电场变大。例如，希望的尺寸是满足T5/T4＞约1.5的尺寸。当如后面将描述的那样相对于栅极5提供多个阴极6时，从电场的会聚的观点看，各阴极间的距离可以为T2的至少两倍或更大，并且该距离可比T3大。
以上描述了最大电场点A和C中的电场与这些点以外的部分B中的电场不同。作为对该差异的详细研究的结果，发现该差异根据栅极5和阴极6之间的距离(间隙8的尺寸)改变。以下现在将参照图7A至图9描述这种距离依赖性。
图7A和图7B以及图8A和图8B示出已在凹陷部分7中形成的阴极6的突起部分的高度(h)彼此不相同的情况。这里，h1比h2小，因此d1比d2大。这里，阴极6和栅极5之间的距离d1和d2被定义为在阴极6的突起部分中形成的最大电场点和栅极5之间的最短距离。阴极6的最大电场点被布置为沿与基板表面平行的方向距栅极5的边缘具有由δ表示的距离。
图7B和图8B中的阴极6的电力线形成为分别与图5A和图6中的电力线对应。具体而言，当阴极6极其接近栅极5时，如图6中的电力线13所示的那样，电力线13不会聚于阴极6的突起部分的宽度方向的端部。换句话说，它指示着将通过阴极6和栅极5之间的距离d2形成的电力线的密度等于或大于会聚于突起部分上的电力线的密度，因此，将形成的电场受距离d2而不是形状的控制。换句话说，已发现：取决于d2的尺寸，上面参照图4和图5所描述的由于形状导致的电场的会聚效果不出现。
在图9的曲线图中示出这种关系。在计算中，采用了表现本发明的效果的这种结构，具体而言，采用了在图3中T1为20nm、T2为20nm、T3为500nm、T4为4000nm、T5为8000nm以及(h)为5
nm(参见图4A和图4B)的值。
在图9中，水平轴表示阴极6和栅极5之间的距离(d)(图7A的d1和图8A的d2)，垂直轴表示阴极6的突起部分的各位置中的电场。在图9中，实线表示将在阴极6的突起部分的宽度方向的两个端部(图7A和图7B以及图8A和图8B中的A、C、D和F)上形成的电场随距离(d)变化的状态。虚线表示阴极6的突起部分的宽度方向的中心(图7A和图7B以及图8A和图8B中的B和E)中的电场随距离(d)变化的状态。顺便说一句，在该计算中已知该关系与例如功函数或电阻率的材料物理性能无关(尽管严格地说栅极材料和阴极材料之间的功函数差异轻微地涉及电场)，且仅由两个电极层的形状以及它们之间的距离确定。
图9表示，随着(d)变小，在图3中的点A和点C中将形成的电场与在图3中的部分B中将形成的电场的差异变小。在表1中示出该曲线图中的典型值。
(表1)

  d(nm)  E_max(V/cm)  Ec(V/cm)  3  8.63×10⁷  8.37×10⁷  10  3.25×10⁷  2.76×10⁷  15  2.36×10⁷  1.57×10⁷
从表1中的数值清楚地发现，当距离(d)约为3nm时，点A和C与点B之间的电场强度差(图8B中的点D和F与点E之间的电场强度差)仅约为3％，但是可通过扩大距离(d)将电场强度差设为10％或更大。
以下现在将描述当在上述的一个阴极6的突起部分中形成电场强度之间的差时优选实施例中的电子发射位置。
当在如图5A至图5C所示的那样将阴极6和栅极5之间的距离(d)保持在适当距离的条件下在阴极6和栅极5之间施加电压时，电场强度根据同一阴极6中的位置而不同。当通过由Fowler-Nordheim等式表达的电场导致电子发射时，由于导致的电场的差异，因此如图3中的10例示的那样能从阴极6的突起部分的宽度方向的端部发射更多的电子。另一方面，如图3中的11所示的那样，能从宽度方向的中心发射少量的电子。结果，电子发射点能被固定在突起部分的宽度方向的端部上。
通过使用FEEM(它是在使用电子透镜放大电子发射部分的同时使用商用PEEM(光电子显微镜)装置光学测量电子发射量的方法)，详细检查了距离(d)和电子发射量。结果，通过将距离(d)设为约6nm或更大，能在突起部分的宽度方向的端部中清楚地形成电子发射部分。作为分析的结果，发现从中心发射的电子量和从端部发射的电子量之间的差可以为1个数量级或更大。但是，当在小于6nm的较短距离(d)中形成电子发射部分时，在中心附近也形成电子发射部分。并且，当在具有约3nm的距离(d)的点处形成电子发射部分时，沿突起部分的宽度方向随机观察到电子发射点，并且，不能清楚地区分发射电子的位置。
根据这些实验结果，作为能在突起部分的宽度方向的端部中形成电子发射点的优选条件的距离(d)的下限需要约为6nm或更大，并且可以为10nm或更大。
如上所述，发现：为了稳定地将电场会聚于阴极6的突起部分的宽度方向的端部上，以下的要求是必需的。
(1)栅极5的宽度比阴极6的宽度宽。
(2)阴极6具有在凹陷部分7中突起的突起部分，并且，突起部分的前端被形成在比凹陷部分7的边缘更接近栅极5的一侧。
结果，在优选实施例中，可以以简单的结构在电子发射器件中实现电子发射点的位置控制。另外，如后面将描述的那样确认了：具有栅极5在其上具有隆起部分的结构的电子发射器件即使当距离(d)为6nm或更小时也表现出提高效率的效果。将在后面描述细节。
下面现在将描述以上述方式发射的电子的轨道。
(电子发射中的散射的描述)
在图3中，已从阴极6的突起部分的前端向相对的栅极5发射的电子在栅极5的顶端(tip)部分上被各向同性地散射，并且一些电子在不引起碰撞的情况下被取出到外面。许多电子在栅极5的侧面5b中被散射，并且一些电子还在栅极5的底面5a中被散射。电子在哪个面上被散射影响效率。可以通过使突起部分的位置与栅极5尽可能地分开并由此减少栅极5的底面5a中的电子散射，来提高电子发射效率。
如上所述，已在栅极5中散射的电子中的许多电子在栅极5中重复弹性散射(多重散射)几次，但是不能在栅极5的上侧散射，并且跳出到阳极侧。
如上所述，显然地，降低栅极5中的电子的散射频率(下落(fall)频率)的这样的结构能实现效率的提高。
以下现在将参照图10描述散射频率和距离。
本器件的电势包含栅极侧的电势(高电势)和阴极侧的电势(低电势)，而在阴极6和栅极5之间夹着间隙8。在图中，S1、S2和S3表示由器件中的各电势确定的各区域长度，并且与单纯的电极厚度、绝缘层厚度等不同。
当在根据本发明的器件的阴极6和栅极5之间施加电压Vf时，从阴极6的突起部分的前端向具有高电势的相对的栅极5发射电子，并且，电子在栅极5的顶端部分上被各向同性地散射。与常规的器件中类似，从栅极5的顶端部分发射的电子中的许多电子在栅极5中重复弹性散射一次到几次。
在本发明中，通过阳极20和器件之间的驱动电压形成的空间电势分布与常规情况中的空间电势分布不同，使得发射的电子中的一些到达栅极5的上部而不在栅极5中被散射，并且直接到达阳极20。对于电子发射效率的改善来说，以此方式没有在栅极5中被散射的电子是重要的。
在本发明的情况下，电子发射效率主要由距离S1确定。并且，当S1被设为比第一散射中的最大飞行距离短的长度时，存在没有被散射的电子。
详细检查了本结构中的散射行为。结果，变得很明显：能够提高电子发射效率的区域作为用于栅极5的材料的功函数和驱动电压Vf的函数、并且作为距离S1和S3的函数(也就是说，由于电子发射部分的附近的形状的效果)而存在。
作为分析研究的结果，得出了关于S1_max(图3中的T1)的下式(1)：

A＝-0.78+0.87×log(S3)
B＝8.7
其中，S1和S3表示距离(nm)，表示栅极5的功函数的值(其中单位为eV)，Vf表示驱动电压(V)，(A)表示S3的函数，(B)表示常数。
已发现，如上所述，对于电子发射效率来说，S1是与散射有关的重要参数，并且，能通过在式(1)的范围中设定S1来获得明显提高效率的效果。
这里，以下现在将描述凹陷部分7中的突起形状的特征及其希望的形式。
图11A是图1B的凹陷部分7的附近的放大图，图11B是放大阴极6的突起部分的示意性截面图。
当突起部分的顶端部分被放大时，在顶端部分上存在由曲率半径(r)表示的突起形状。突起部分的顶端部分上的电场的强度取决于曲率半径(r)而改变。当曲率半径(r)越小时，电力线越会聚，并因此能在突起部分的顶端部分上形成更高的电场。因此，当突起部分的顶端部分的电场保持恒定时，也就是说，当驱动电场保持恒定时，距离(d)在曲率半径(r)相对小时变大，并且距离(d)在曲率半径(r)相对大时变小。距离(d)的差表现为散射频率的差，使得具有较小的曲率半径(r)和较大的距离(d)的器件结构能表现出较高的电子发射效率。以下现在将参照图11C描述该关系。
这里，水平轴表示突起部分的顶端部分的曲率半径(r)，并且，垂直轴表示阴极6和栅极5之间的距离(d)。
顺便说一句，通过使用与图9中相同的模型来计算图11C中的曲线。图11C表示当在突起部分的顶端部分处将获得的电场被保持恒定时将获得的曲率半径(r)与距离(d)之间的关系。该计算例子表明，当曲率半径(r)为1nm时，距离(d)可被设为15nm，并且，当曲率半径(r)为10nm时，距离(d)被设为3nm。
换句话说，这意味着，当曲率半径(r)小时，电子发射效率由于阴极6的突起部分的顶端部分的形状效果而增大，因此，在电子发射效率恒定的条件下，上述的式(1)中的S1能被设为大的值。这一事实意味着，能使得栅极5的结构强固。因此，能提供这种能够长时间期间耐受驱动的稳定器件。
顺便说一句，尽管依赖于制造工艺，但存在如图11B所示的那样阴极6的突起部分被形成为进入凹陷部分7中距离(x)的这种形状的情况。这种形状依赖于形成阴极6的方法。当采用EB气相沉积方法等时，不仅气相沉积时的角度和时间期间，而且由T1和T2表示的厚度也变为参数。另一方面，溅射形成方法一般表现出大的布散能力(throwing power)，使得难以控制形状。出于这种原因，必需选择溅射压力和气体类型，并且，不仅必需安装用于控制移动方向的机构，而且必需安装用于在基板上沉积粒子的特殊机构。
以下现在将参照图14A-A到14A-C以及图14B-A到14B-C描述根据本发明的上述电子发射器件的制造方法。
基板1是用于机械支撑器件的绝缘基板，并且是石英玻璃、包含减少量的诸如Na的杂质的玻璃、钠钙玻璃或硅基板。基板1需要具有不仅高的机械强度、而且对于干法蚀刻或湿法蚀刻和诸如显影剂的碱溶液和酸溶液的抵抗力的功能；并且，当被用作像显示板的集成产品时，能在自身与成膜材料或要在其上堆叠的另一构件之间具有小的热膨胀差。基板1还可以为几乎不导致碱元素等由于热处理从玻璃的内部扩散的材料。
首先，如图14A-A所示，在基板1上堆叠要成为绝缘层3a的绝缘层73、要成为绝缘层3b的绝缘层74和要成为栅极5的导电层75。绝缘层73和74是由具有优异的可加工性的材料制成的绝缘膜，该材料例如为SiN(Si_xN_y)或SiO₂；并且，利用诸如溅射方法、CVD方法和真空气相沉积方法的一般真空成膜方法被形成。绝缘层73和74的厚度各被设为5nm至50μm的范围，并且可选自50nm和500nm之间的范围。但是，由于需要在将绝缘层74堆叠在绝缘层73上之后形成凹陷部分7，因此绝缘层73的要被蚀刻的量必需被设为与绝缘层74的不同。绝缘层73和绝缘层74的要被蚀刻的量的比(选择比)可以为10或更大，并且，如果可能的话，为50或更大。具体而言，例如，可对于绝缘层73使用Si_xN_y，并且，可对于绝缘层74使用诸如SiO₂的绝缘材料、具有高的磷浓度的PSG膜或具有高的硼浓度的BSG膜。
用诸如气相沉积方法和溅射方法的一般真空成膜技术形成导电层75。导电层75可以为除了导电性以外还具有高的热导率并且具有高熔点的材料。例如，该材料包含：诸如Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd的金属或其合金材料；以及诸如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC和WC的碳化物。该材料还包含：诸如HfB₂、ZrB₂、CeB₆、YB₄和GdB₄的硼化物；诸如TiN、ZrN、HfN和TaN的氮化物；诸如Si和Ge的半导体；有机聚合物材料；以及还有分散的非晶碳、石墨、类金刚石碳和金刚石的碳和碳化合物。从这些材料适当地选择用于导电层75的材料。
导电层75的厚度被设为5nm至500nm的范围，并且可选自50nm至500nm的范围。
然后，如图14A-B所示的那样，在已堆叠以上的层之后，用光刻技术在导电层75上形成抗蚀剂图案，然后，用蚀刻技术依次处理导电层75、绝缘层74和绝缘层73。由此，能获得栅极5以及由绝缘层3b和绝缘层3a形成的绝缘构件3。
对于这种蚀刻处理一般采用的方法是RIE(反应离子蚀刻)，它能通过用从蚀刻气体转变的等离子体照射材料来精确地蚀刻材料。当要处理的目标构件形成氟化物时，此时要选择的处理气体是诸如CF₄、CHF₃和SF₆的基于氟的气体。当目标构件如Si和Al那样形成氯化物时，选择诸如Cl₂和BCl₃的基于氯化物的气体。为了设定以上层相对于抗蚀剂的选择比以保证要蚀刻的面的平滑性或提高蚀刻速度，在任何时间添加氢、氧、氩气等。
如图14A-C所示的那样，通过使用蚀刻技术在堆叠体的一个侧面上仅部分去除绝缘层3b的侧面，并且形成凹陷部分7。
例如，如果绝缘层3b是由SiO₂形成的材料，那么蚀刻技术能采用被称作缓冲氢氟酸(BHF)的氟化铵和氢氟酸的混合物溶液。当绝缘层3b是由Si_xN_y形成的材料时，能使用基于磷酸的热蚀刻溶液蚀刻绝缘层3b。
凹陷部分7的深度(也就是说，凹陷部分7中的绝缘层3b的侧面与绝缘层3a和栅极5的侧面之间的距离)与已形成器件之后出现的泄漏电流深度相关，并且凹陷部分7形成得越深，则泄漏电流的值越小。但是，当凹陷部分7形成得太深时，出现栅极5变形的问题，从而凹陷部分7形成为约30nm至200nm深。
顺便说一句，本实施例表示了绝缘构件3是绝缘层3a和绝缘层3b的堆叠体的形式，但本发明不限于所述形式。可通过去除一个绝缘层的一部分形成凹陷部分7。
随后，如图14B-A所示的那样，在栅极5的表面上形成释放(release)层81。形成释放层的目的是从栅极5分离将在下一步骤中沉积于栅极5上的阴极材料82。为了这样的目的，例如，通过使栅极5氧化而形成氧化物膜或通过用电解电镀(electrolytic plating)方法接合(bond)释放金属来形成释放层81。
如图14B-B所示的那样，在基板1和绝缘构件3的侧面上沉积构成阴极6的阴极材料82。此时，阴极材料82还沉积于栅极5上。
阴极材料82可以为具有导电性并发射电场的材料，并且一般可以为具有2000℃或更高的高熔点、具有5eV或更小的功函数、并且几乎不在其上形成诸如氧化物的化学反应层或者可容易地从其去除反应层的材料。例如，这样的材料包含：诸如Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Au、Pt和Pd的金属或其合金材料；诸如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC和WC的碳化物；以及诸如HfB₂、ZrB₂、CeB₆、YB₄和GdB₄的硼化物。该材料还包含：诸如TiN、ZrN、HfN和TaN的氮化物；以及分散的非晶碳、石墨、类金刚石碳和金刚石的碳和碳化合物。
要采用的阴极材料82的沉积方法是诸如气相沉积方法和溅射方法的一般真空成膜技术，并且可以为EB气相沉积方法。
如上所述，在本发明中必需通过控制气相沉积的角度、成膜时间期间、成膜期间的温度和成膜期间的真空度来形成阴极，使得阴极6能形成用于有效率地取出电子的最佳形状。
如图14B-C所示的那样，通过用蚀刻技术去除释放层81来去除栅极5上的阴极材料82。另外，通过用光刻等对基板1和绝缘构件3的侧面上的阴极材料82进行图案化来形成阴极6。
然后，形成电极2，以使得阴极6电导通(图1B)。该电极2具有与阴极6类似的导电性，并且是用诸如气相沉积方法和溅射方法的一般真空成膜技术和用光刻技术形成的。例如，电极2的材料包含：诸如Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt和Pd的金属或其合金材料；以及诸如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC和WC的碳化物。该材料还包含：诸如HfB₂、ZrB₂、CeB₆、YB₄和GdB₄的硼化物；诸如TiN、ZrN和HfN的氮化物；诸如Si和Ge的半导体；以及有机聚合物材料。所述材料还包含分散的非晶碳、石墨、类金刚石碳和金刚石的碳和碳化合物。从这些材料适当地选择材料。
电极2的厚度被设在50nm至5mm的范围中，并且可选自50nm至5μm的范围。
电极2和栅极5可由相同的材料或不同的材料制成，并且可用相同的形成方法或不同的方法形成。但是，栅极5的膜厚度有时被设在比电极2的膜厚度薄的范围中，因而栅极5能由具有较低的电阻的材料形成。
以下现在将描述上述的电子发射器件的应用形式。
图15A至15C示出在根据本发明的电子发射器件中相对于栅极5布置多个阴极6的例子。图15A是示意性地示出本例子中的电子发射器件的结构的示意性平面图。图15B是沿图15A的线A-A′获取的示意性截面图。图15C是从图15A中的页面右侧观察的器件的侧视图。在图中示出阴极6A至6D。除了阴极6被划分成多个条带形状并且划分的条带相互以预定的距离被布置以外，该器件具有与图1A至1C中的器件相同的结构。
当通过以这种方式提供多个阴极6A至6D来控制电场的会聚水平时，电子优先从阴极6A至6D中的每一个的突起部分的宽度方向的端部发射。结果，与如图1A至1C所示的那样提供一个阴极6的情况相比，能提供具有更均匀的电子束形状的电子束源{由于电场向其会聚的阴极的端部彼此相邻(即，阴极6A的右端部和阴极6B的左端部彼此相邻，并且，类似地，阴极6B的右端部和阴极6C的左端部彼此相邻)，因此能基于彼此相邻的端部的物理关系控制电子束形状}。也就是说，解决了由于电子发射点不特定因此难以控制电子束形状的问题，使得可仅通过控制阴极6A至6D的阵列布局来提供具有均匀的电子束形状的电子束源。
本例子中的器件的制造方法包括：在图14B-C的步骤中，对阴极材料82进行图案化，使得阴极的数量变为多个。
另一方面，图16A至16C示出在根据本发明的电子发射器件中栅极5在与阴极6相对的部分上具有隆起部分的例子。图16A是示意性地示出本例子中的电子发射器件的结构的示意性平面图。图16B是沿图16A的线A-A′获取的示意性截面图。另外，图16C是从图16A中的页面右侧观察的器件的侧视图。并且，图17是器件的俯视图。在该图中，在栅极5上提供隆起部分90。
以下现在将参照图17简要描述本例子中的器件的特性。图17是图16A至16C中的器件中栅极5相对于阴极6的相对部位的放大示意图。在图中，在与阴极6相对的部分中示出隆起部分90的表面要素90a和90b。在图3中描述了阴极6的电场的会聚，这里将省略所述描述。除了提供从栅极5的侧面隆起的隆起部分90并且隆起部分90的宽度被设为T7以外，图17是与图3相同的图。上述的隆起部分90由导电材料制成，并且是栅极5的一个部分，但是，为了便于本例子中的描述，除了隆起部分90以外的部分被称为栅极5。
在图17中，已从阴极6发射的电子与相对的栅极5和隆起部分90碰撞，并且，一些电子被取出到外面而不与栅极5和隆起部分90碰撞。碰撞的电子中的许多电子再次在隆起部分90中的表面要素90a和90b的顶端部分上被各向同性地散射。散射的电子中的许多电子在隆起部分90中的表面要素90a上被散射，并且一些电子还在表面要素90b上被散射。从当在散射表面90a和90b中已散射电子时形成的逃逸轨道检查此时的逃逸电子的数量，并且，结果发现，与已在散射表面90b上散射的电子相比，已在散射表面90a上散射的电子表现出较高的逃逸可能性。由于以上结果，通过分析发现，通过将阴极6的宽度T4和隆起部分90的宽度T7之间的关系设为满足T4≥T7(使T7等于或小于T4)，电子发射效率从百分之几增加到百分之几十。特别是当T4和T7之间的差变为作为绝缘层3b的高度的T2的两倍或更大时，能提高效率。另外，确认了：即使当具有图6所示的上述结构(其中电力线不能被确认为会聚于阴极的突起部分的两端的结构)时，在栅极5上具有隆起部分90并满足T4≥T7的关系的电子发射器件也表现出高的发射电子的逃逸可能性，并表现出提高的电子发射效率。
本例子中的器件的制造方法包括跳过图14B-A中的制备释放层81的步骤，并直接在栅极5上沉积阴极材料82；并且，可在步骤(F)中包含对基板1和绝缘构件3的侧面上的阴极材料82进行图案化以形成阴极6，并同时对栅极5上的阴极材料82进行图案化以形成隆起部分90。
根据本发明的电子束装置能通过组合图15A至15C中的结构与图16A至16C中的结构而获得协同(synergistic)效果。在图18A至18C中示出结构例子。图18A是示意性地示出本例子中的电子发射器件的结构的示意性平面图。图18B是沿图18A的线A-A′获取的示意性截面图。图18C是从图18A中的页面右侧观察的器件的侧视图。在图中，隆起部分90A至90D被提供在栅极5上，并被布置为分别与阴极6A至6D对应。形成阴极6A至6D的突起部分和隆起部分90A至90D，使得如上所述各自的宽度T4和宽度T7满足T4≥T7。
通过控制电场的会聚水平，本例子中的器件也可与图15A至15C中的器件类似地优先从阴极6A至6D中的每一个中的突起部分的宽度方向的端部发射电子，使得能提供供应均匀的电子束形状的电子束源。并且，通过在栅极5上提供隆起部分90A至90D并将宽度T7设为比阴极6A至6D中的突起部分的T4小，可以形成具有较高的电子发射效率的电子束源。
在对根据本发明的电子发射器件的上面描述中，示出了其中绝缘构件3由绝缘层3a和3b形成并且栅极5的下面暴露于凹陷部分7的实施例。在本发明中，如图19所示，还可应用其中栅极5的与阴极6的突起部分相对的侧(在本例子中暴露于凹陷部分7的表面)覆盖有绝缘层3c的实施例。在图1A至1C的器件中，从阴极6发射的电子之中的与栅极5的底面5a碰撞的电子不到达阳极20，而变为降低效率的因素(上述的If成分)。但是，如图19所示的栅极5的下表面覆盖有绝缘层3c的结构能降低If，并因此提高电子发射效率。例如，覆盖栅极5的下表面的绝缘层3c可采用具有约20nm的膜厚度的SiN膜，并且，确认了这种结构能充分表现出提高效率的效果。
在图19的结构中，绝缘构件3形成绝缘层3a、3b和3c的堆叠体，但是可允许通过去除一个绝缘层的一部分形成凹陷部分7。
根据本发明的电子束装置能将图15A至15C、图16A至16C和图18A至18C中的结构与图19中的结构组合。类似地设定各结构中的条件，并且电子束装置表现出类似的工作效果。
以下现在将参照图12A至12C描述具有通过布置多个根据本发明的电子发射器件而获得的电子源的图像显示装置。
在图12A中，示出电子源基板31、X方向布线32和Y方向布线33。电子源基板31与先前描述的电子发射器件的基板1对应。还示出根据本发明的电子发射器件34和布线连接35。上述的X方向布线32是用于共同连接上述的电极2的布线，Y方向布线33是用于共同连接上述的栅极5的布线。
m条X方向布线32包含Dx1和Dx2至Dxm，并且能由通过使用真空气相沉积方法、印刷方法、溅射方法等形成的导电金属等制成。适当地设计材料、膜厚度和布线宽度。
Y方向布线33包含n条布线Dy1和Dy2至Dyn，并且与X方向布线32类似地形成。未示出的层间绝缘层被提供在m条X方向布线32和n条Y方向布线33之间，并且使两个方向的布线相互电分离(m和n均为正整数)。
未示出的层间绝缘层由使用真空气相沉积方法、印刷方法、溅射方法等形成的SiO₂等制成。例如，未示出的层间绝缘层形成于上面形成有X方向布线32的电子源基板31的整个表面或表面的一部分上，以形成希望的形状；并且，膜厚度、材料和制造方法被适当地设定，以特别耐受X方向布线32和Y方向布线33的交点中的电势差。X方向布线32和Y方向布线33分别被引出为外部端子。
电极2通过m条X方向布线32、n条Y方向布线33、和由导电金属等制成的布线连接35与栅极5电连接(图1A至1C)。
构成布线32和布线33的材料、构成布线连接35的材料、以及构成电极2和栅极5的材料可以由部分相同的构成元素或全部相同的构成元素制成，或者可分别由不同的构成元素制成。
未示出的扫描信号施加单元与X方向布线32连接，并施加用于选择沿X方向排列的电子发射器件34的行的扫描信号。另一方面，未示出的调制信号产生单元与Y方向布线33连接，并根据输入信号调制沿Y方向排列的电子发射器件34的各个列。
以要施加给器件的扫描信号和调制信号之间的差值电压的形式供给要施加给电子发射器件中的每一个的驱动电压。
具有上述配置的图像显示装置能通过使用简单的矩阵布线来选择单个器件并独立地驱动该器件。
以下现在将参照图12B描述通过使用具有这种简单矩阵布置的电子源而配置的图像显示装置。图12B是示出图像显示装置的显示板的一个例子的示意图，处于其一部分被切去的状态。
在图12B中，与图12A中相同的构件由相同的附图标记表示。另外，后板41将电子源基板31固定于其上，并且，前板(face plate)46具有作为用作发光构件的荧光体的荧光膜44、和作为阳极20的金属背(metal back)45等，所述荧光膜44和金属背45在玻璃基板43的内面上形成。
此外，支撑框架42被示出，并且，外壳47包含支撑框架42、以及通过烧结(frit)玻璃等附接到支撑框架42上的后板41和前板46。通过在400℃至500℃的温度范围中在大气或氮气中烘烤烧结玻璃10分钟或更长，用烧结玻璃密封外壳。
如上所述，外壳47包含前板46、支撑框架42和后板41。这里，后板41主要被提供为增强电子源基板31的强度，使得当电子源基板31自身具有足够的强度时，可以去除附加的后板41。
具体而言，通过直接用电子源基板31密封支撑框架42，外壳47可包含前板46、支撑框架42和电子源基板31。另一方面，通过在前板46和后板41之间布置称为间隔件的未示出的支撑构件，外壳47可具有这样的结构，所述结构具有耐受大气压力的足够的强度。
在这种图像显示装置中，在考虑发射的电子的轨道的同时，在电子发射器件34中的每一个的上部中排列和布置荧光体。
图12C-A和图12C-B是示出在图12B的图像显示装置中使用的荧光膜44的一个例子的示意图。可通过将荧光体52排列成图12C-A所示的称为黑条带或图12C-B所示的称为黑矩阵的形式，由黑导电材料51和荧光体52配置用于彩色显示器的荧光膜。
下面，现在将参照图12D描述用于在显示板上显示基于NTSC系统的电视信号的电视画面的驱动电路的配置例子，所述显示板是通过使用具有简单矩阵布置的电子源构建的。
在图12D中，图像显示板61、扫描电路62、控制电路63和移位寄存器64被示出。行存储器(line memory)65、同步信号分离电路66、调制信号发生器67、以及直流电压源Vx和Va也被示出。
显示板61通过端子Dx1至Dxm、端子Dy1至Dyn和高电压端子Hv与外部电路连接。扫描信号被施加到端子Dx1至Dxm，以依次以一行(N个器件)驱动在显示板中提供的电子源，即通过布线被布置成m行和n列的矩阵形式的一组电子发射器件。另一方面，调制信号被施加到端子Dy1至Dyn，以控制通过扫描信号已被选择的一行电子发射器件中的各器件的输出电子束。
直流电压源Va向高电压端子Hv供给例如10[kV]的直流电压，该直流电压是将用于激发荧光体的充足能量给予要从电子发射器件发射的电子束的加速电压。
如上所述，通过扫描信号、调制信号和到阳极的高电压的施加而发射和加速的电子照射荧光体，并实现图像显示。
顺便说一句，当通过使用根据本发明的电子发射器件形成这种显示装置时，构建的显示装置表现出均匀的电子束形状，并且提供的显示装置因此能表现出足够的显示特性。
[示例性实施例]
(示例性实施例1)
根据图14A-A到14A-C以及图14B-A到14B-C中的步骤，制备了具有图1A至1C所示的结构的电子发射器件。
PD200被用于基板1，它是为等离子体显示器开发的低钠玻璃，并且用溅射方法在其上形成具有500nm的厚度的SiN(Si_xN_y)作为绝缘层73。随后，通过溅射方法形成具有30nm的厚度的SiO₂层作为绝缘层74。通过溅射方法在绝缘层74上堆叠具有30nm的厚度的TaN膜作为导电层75(图14A-A)。
随后，用光刻技术在导电层75上形成抗蚀剂图案，并且，通过干法蚀刻技术依次处理导电层75、绝缘层74和绝缘层73，以形成栅极5和由绝缘层3a和3b形成的绝缘构件3(图14A-B)。由于对于绝缘层73和74以及导电层75选择了形成氟化物的材料，因此此时使用的处理气体为基于CF₄的气体。作为使用所述气体使所述层进行RIE处理的结果，蚀刻之后的绝缘层3a和3b以及栅极5被形成为相对于基板1的水平面具有约80度的角度。栅极5的宽度T5被设为100μm。
通过剥离抗蚀剂、并且通过使用BHF(氢氟酸和氟化铵的溶液)的蚀刻技术蚀刻绝缘层3b的侧面以形成具有约70nm的深度的凹陷部分，在绝缘构件3中形成凹陷部分7(图14A-C)。
通过用电解电镀方法在栅极5的表面上电解沉积Ni，形成释放层81(图14B-A)。
在栅极5、绝缘构件3的侧面和基板1的表面上沉积作为阴极材料82的钼(Mo)。在本例子中，使用EB气相沉积方法作为成膜方法。在本形成方法中，基板1相对于水平面被设为60度的角度。由此，Mo以60度入射在栅极5的上部上，并以40度入射在绝缘构件3的已受过RIE处理的斜面上。通过在气相沉积期间将气相沉积速度固定在约12nm/min并精确地将气相沉积时间期间控制为2.5分钟，Mo被形成为在所述斜面上具有30nm的厚度(图14B-B)。
在形成Mo膜之后，通过使用包含碘和碘化钾的蚀刻剂去除沉积于栅极5上的Ni释放层81，剥离栅极5上的Mo膜。
随后，用光刻技术形成抗蚀剂图案，使得阴极6上的突起部分的宽度T4(图3)可以为70μm。然后，通过用干法蚀刻技术处理基板1上和绝缘层3的侧面上的Mo膜，形成阴极6。由于用作阴极材料82的钼形成氟化物，因此此时使用的处理气体为基于CF₄的气体。
作为利用TEM(透射型电子显微镜)分析横截面的结果，阴极6和栅极5之间的最短距离(d)为9nm。
然后，通过用溅射方法在阴极上沉积具有500nm的厚度的Cu并对Cu膜进行图案化，形成电极2。
在通过上述方法形成器件之后，通过使用图2所示的结构评价电子发射特性。结果，在26V的驱动电压下，平均电子发射电流Ie为1.5μA，并且获得的电子发射效率平均为17％。
另外，作为利用TEM观测本例子的器件中阴极6的突起部分的横截面的结果，突起部分表现出具有如图13所示的形状的横截面。作为提取图13中各参数的值的结果，所述值为θ_A＝75度、θ_B＝80度、X＝35nm、h＝29nm、Dx＝11nm以及d＝9nm。
(示例性实施例2)
制备了图15A至15C所示的电子发射器件。基本的制备方法与示例性实施例1中的相同，因此以下现在仅将描述与示例性实施例1的差异。
在图14B-B的步骤中，采用EB气相沉积方法作为形成钼膜的方法，并且，基板1相对于水平面被设为80度的角度。由此，Mo以80度入射在栅极5的上部上，并以20度入射在绝缘构件3的已受过RIE处理的斜面上。通过在气相沉积期间将气相沉积速度固定在约10nm/min并精确地将气相沉积时间期间控制为2分钟，Mo被形成为在所述斜面上具有20nm的厚度。
在形成Mo膜之后，通过使用包含碘和碘化钾的蚀刻剂去除沉积于栅极5上的Ni释放层81，剥离栅极5上的Mo膜。
随后，用光刻技术形成抗蚀剂图案，使得阴极上的突起部分的宽度T4可以为3μm，并且相邻的阴极之间的距离可以为3μm。然后，通过用干法蚀刻技术处理基板1上和绝缘构件3的侧面上的Mo膜，形成17条阴极。由于用作阴极材料82的钼形成氟化物，所以此时使用的处理气体为基于CF₄的气体。
作为用TEM分析横截面的结果，图15B中的阴极6和栅极5之间的最短距离(d)为8.5nm。
在用与示例性实施例1中类似的方法形成电极2之后，通过使用图2所示的结构评价电子发射特性。结果，在26V的驱动电压下，平均电子发射电流Ie为6.2μA，并且获得的电子发射效率平均为17％。
当从该特性考虑时，假定作为制备了多个阴极的结果，电子发射电流仅由于阴极的数量而增大。
另外，以类似的制造工艺制备了电子发射器件，其中，阴极的突起部分的宽度和相邻阴极之间的距离分别被设为0.5μm，并且阴极的数量增加到100条。于是，器件表现出约6倍多的发射电子量。
(示例性实施例3)
制备了图16A至16C所示的电子发射器件。基本制备方法与示例性实施例1中的相同，因此，以下现在仅将描述与示例性实施例1中的方法的差异。
用溅射方法沉积厚度为40nm的SiO₂作为绝缘层74，并且用溅射方法沉积厚度为40nm的TaN作为导电层75。
以与示例性实施例1中类似的方式通过RIE处理对绝缘层73、绝缘层74和导电层75进行干法蚀刻。蚀刻之后的绝缘构件3和栅极5的侧面被形成为相对于基板1具有80度的角度。随后，通过使用BHF的蚀刻技术仅蚀刻绝缘层3b的侧面以形成具有约100nm的深度的凹陷部分，从而在绝缘构件3中形成凹陷部分7。
在图14B-B的步骤中，采用EB气相沉积方法作为形成钼膜的方法，并且，基板1相对于水平面被设为60度的角度。由此，Mo以60度入射在栅极5的上部上，并以40度入射在绝缘构件3的已受过RIE处理的斜面上。通过在气相沉积期间将气相沉积速度固定在约10nm/min并精确地控制4分钟的气相沉积时间期间，Mo被形成为在所述斜面上具有40nm的厚度。
随后，用光刻技术形成抗蚀剂图案，使得阴极6上的突起部分的宽度T4可以为70μm，并且栅极5上的隆起部分90的宽度T7可以比T4小。这里，通过控制抗蚀剂图案的渐缩(taper)形状来控制T7。然后，通过用干法蚀刻技术处理基板1上、绝缘构件3的侧面上和栅极5上的Mo膜，形成阴极6和隆起部分90。由于用作阴极材料82的钼形成氟化物，因此此时使用的处理气体为基于CF₄的气体。
获得的隆起部分90的宽度T7比阴极6的突起部分的宽度T4小30nm。
作为用TEM分析横截面的结果，图16B中的阴极6和栅极5之间的最短距离(d)为15nm。
随后，在用与示例性实施例1中类似的方法形成电极2之后，通过使用图2所示的结构评价电子发射特性。结果，在35V的驱动电压下，平均电子发射电流Ie为1.5μA，并且获得的电子发射效率平均为20％。
(示例性实施例4)
制备了图18A至18C所示的电子发射器件。基本制备方法与示例性实施例3中的相同，因此，以下现在仅描述与示例性实施例3中的方法的差异。
与示例性实施例3中的方法类似，也在栅极5上沉积作为阴极材料82的钼(Mo)。有本例子中，采用溅射气相沉积方法作为成膜方法，并且，基板1被设定在这样的角度，使得相对于溅射靶是水平的。在0.1Pa的真空度下产生氩等离子体，使得溅射粒子以受限的角度入射在基板1的表面上，并且基板1被设定为使得基板1和Mo靶之间的距离可以为60nm或更小(0.1Pa下的平均自由程)。并且，以10nm/min的气相沉积速度形成Mo膜，使得在堆叠体的侧面上Mo膜的厚度可以为20nm。
在形成Mo膜之后，用光刻技术形成抗蚀剂图案，使得阴极上的突起部分的宽度T4和隆起部分的宽度T7可以为3μm，并且相邻阴极之间的距离和相邻突起部分之间的距离可以为3μm。
然后，通过用干法蚀刻技术处理Mo膜，形成17条阴极和与上述阴极对应的17条隆起部分。由于用作阴极材料82的钼形成氟化物，因此此时使用的处理气体为基于CF₄的气体。获得的隆起部分的宽度T7比阴极的突起部分的宽度T4小约10nm到30nm。
作为用TEM分析横截面的结果，图18B中的阴极和栅极5之间的最短距离(d)为8.5nm。
随后，在用与示例性实施例1中类似的方法形成电极2之后，通过使用图2所示的结构评价电子发射特性。结果，在35V的驱动电压下，平均电子发射电流Ie为1.8μA，并且获得的电子发射效率平均为18％。
另外，通过使用上述的示例性实施例2和4中的电子发射器件，制备了图12B中的图像显示装置。结果，能提供具有优异的电子束可成形性的显示装置，并因此能实现表现出满足要求地被显示的图像的显示装置。在所有的上述的示例性实施例中，可用绝缘层覆盖栅极电极5的与绝缘构件的凹陷部分相对的部分(栅极电极的下表面)。在从电子发射部分(导电层中的突起部分的端部)发射的电子之中，照射栅极的下表面的电子不到达阳极，并且变为降低效率的因素(上述的If成分)。但是，用绝缘层覆盖栅极电极的下表面的结构能降低If，并因此提高效率。例如，可使用具有约20nm的膜厚度的SiN膜作为覆盖栅极电极5的与绝缘构件的凹陷部分相对的部分(栅极电极的下表面)的绝缘层，并且确认了该结构表现出充分的提高效率的效果。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有的这样的修改以及等同的结构和功能。